Hardware MR tomografu

1. Hardware MR tomografu JaroslavTintěra MR kurz 2013

2. MR systém gradientní systém RF systém

3. Tomograf MR Magnet: 1,5 T, 3 T, 7 T Gradienty: až 300 mT/m RF systém: Desítky paralelních přijímacích kanálů Body RF cívka (transmisní) head RF cívka (přijímací) array RF cívky (přijímací) pacientské lůžko gradientní cívky X, Y, Z supravodivý magnet Roste zastoupení vysokých polí výkon gradientů počty RF kanálů

4. Typy magnetů Statické magnetické pole s maximální homogenitou: • permanentní magnety  0,4 Tesla • elektromagnety • supravodivé magnety0,5 – 9,0 Tesla ultra low field < 0,2 T low field 0,2 – 0,5 T mid field 0,5 – 1,0 T high field 1,0 – 3,0 T ultra high field 3,0 – ..... T

5. Permanentní magnety • slitiny kovů vzácných zemin • SmCo5, BaF12O19, Fe77Nd15B8 ... • obyčejný magnetit (Fe3O4)nestačí ... • B0 = 0,15 – 0,35 Tesla (vertikálně orientované) • otevřený design,  pořizovací a provozní náklady • pro generování pole B0 nevyžadují elektrický proud • velká hmotnost ( 15 – 70 tun) • stabilitu pole narušují i malé změny teploty

6. Elektromagnety (rezistivní magnety) magnetické pole vyrábějí průchodem elektrického proudu vodičem (B0  počtu závitů a proudu) B0 = 0,15 – 0,4 Tesla relativně nízká hmotnost a pořizovací náklady většinou otevřený design s vertikálním polem B0 dají se jednoduše úplně „vypnout“ velká provozní spotřeba elektrické energie ( 50 kW) extrémně citlivé na udržení konstantní teploty (  0,02 ºC)

7. Supravodivé magnety magnetické pole je udržováno stálým průchodem elektrického proudu supravodičem, který má nulový elektrický odpor B0 = 0,5 – 8 Tesla (běžně 1 – 2 Tesla) typicky horizontální orientace pole (MR „tunel“)  kvalita zobrazení (poměr signál/šum roste s B0) pořizovací náklady

8. Vývoj technologie MR tomografů 80. léta: vývoj celotělových supravodivých magnetů -> kvalita obrazů -> pacientský komfort Současný trend: - vysoká pole -krátký magnet - široká díra (70 cm)

9. Zvyšování pole B: výhody a potíže • Roste signál (zvyšuje se Signál / Šum) • Roste T1 • Roste podíl efektů susceptibility • (BOLD, ztráty signálu, off-resonance efekty) • Roste SAR (RF energie roste kvadraticky!!!) • Klesá homogenita obrazu • (dielektrická rezonance) • Klesá T2* • Roste hluk gradientů • Roste cena

10. Výhody 3 T 1,5T 3T

11. Vyrovnávací (korekční) cívkyShimcoils • k čemu slouží? • ke korekci nehomogenit statického magnetického pole B0 • k čemu je nám to dobré? • pro kvalitní MR zobrazení potřebujeme co nejdokonaleji homogenní magnetické pole • co se stane, když ho nemáme? • dochází ke geometrickému zkreslení obrazu • ztrácíme signál díky odchylkám od ideální Larmorovy frekvence • T2 relaxace je zkreslována směrem k T2* • nefunguje správně spektroskopie, saturace tuku (FatSat), EPI... zpět na schéma

12. Gradientnísystém • gradient magnetického pole • přidáním ke statickému poli B0 se pole lineárně mění • k čemu je to dobré? • aby vodíková jádra precedovala v různých částech těla s různou frekvencí, tedy aby se Larmorova frekvence lišila podle polohy ve vyšetřovaném objektu Larmorova frekvence lokálně L =  . [B0+Bg(x)] • umožní nám to prostorově lokalizovat zdroj signálu

13. Gradientní systém oblast linearity vyšetřovací oblast 2 zásadní parametry gradientního systému: 1) Maximální amplituda (mT/m) 2) Slew-rate (mT/m/ms)

14. Gradientní systém Maximální amplituda zodpovídá za maximální dosažitelné prostorové rozlišení obvyklé hodnoty 20-35 mT/m, špičkové až 80 mT/m Slew-rate rychlost náběhu gradientu zodpovídá za rychlost měření a nejkratší dosažitelné TE (TR) ... obvyklé hodnoty 80-120 mT/m/ms, špičkové až 200 mT/m/ms Nejlepší kritérium hodnocení výkonu gradientního systému je: Gmax x Slew-rate zpět na schéma

15. RF systém vysílací RF cívka RF vysílač (digitální) RF přijímač (digitální) přijímací RF cívka Systém je naladěn na Larmorovu frekvenci tedy přibližně v oblasti VKV rádia

16. RF cívky

17. RF cívky • Typy RF cívek • celotělové (body coil) ... vysílací a přijímací (transmit & receive) • povrchové (surface coil) ... většinou přijímací • tím že jsou blíže vyšetřovanému objektu, dávají lepší signál • anatomicky dedikované: hlavová, končetinová, ramenní, prsní, krční, ... • multi-segmentové cívky (array coil) ... několik povrchových cívek v jednom systému • velmi kvalitní signál i u rozsáhlých vyšetřovaných oblastí • umožňují použít paralelní akviziční techniky

18. Arraycoils S/Š roste, ale i nehomogenita obrazu S počtem cívek (elementů) roste S / Š a rozšiřuje se možnost využití paralelní techniky (můžeme vypustit více dat = zvýšit „akcelerační faktor“)

19. Koncepce „Total Imaging Matrix“

20. Multi-kanálové RF cívky

21. Kanálů přibývá a přibývá ... 8 nebo 12 kanálová hlavová cívka

22. Multi-transmit: adaptivní sklápěcí úhel • Na vyšších polích (od 3T) se významně uplatňuje efekt RF nehomogenity • Pomocí několika (2-4) transmisních cívek je možné upravit prostorovou distribuci sklápěcího úhlu tak, aby obraz byl maximálně homogenní • Multi-transmit umožňuje také snížit SAR! 3T

23. Multi-transmit:TxTrueForm konvenční Tx systém 2-kanálový Tx systém

24. Multi-transmit:TxTrueShape B1 shim: potlačení nehomogenity obrazu Libovolný tvar RF pulzu: excitace malých oblastí

25. Příjímací i vysílací multi-kanály 9,4 T 16-kanálový transmit 31-kanálový receive

26. konec Současné trendy • Nárůst podílu vysokých magnetický polí (3T) Velký otvor (70 cm)  kompromisní homogenita  klinika Menší otvor (60 cm)  excelentní homogenita  výzkum • Výkon gradientů podle konkrétní potřeby „Trueform“  fyziologická optimalizace  klinika Extrémní hodnoty  optimální pro DWI  výzkum • Počet paralelních přjímacích kanálů roste Digitalizace signálu hned na cívce  roste S/Š Optimalizace počtu segmentů array cívek • Multi-kanálový transmitIdeální tvar RF pulzů  2D excitace  malé FOV zpět na schéma